谈“有结构的材料”在科学探究教学中的应用

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　　“材料的种类和组合以及交给孩子们的次序就是材料的结构”。“有结构的材料”有利于激发学生的学习兴趣，理解教材的重点、难点，提高探究教学的有效性，促进学生科学素养的提升。《科学(3-6年级)课程标准》提出“科学学习要以探究为核心”，科学探究离不开师生共同准备的有结构的材料。在整个探究活动中，我们可以通过优化材料，使其具有结构性，让学生亲密接触有结构的材料，提高科学探究教学的有效性。
　　
　　一、选择思维性的材料
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　　材料引起经历，“有结构的材料”应能引发学生的思维层层深入，使学生真正建构科学概念。在《物体的沉与浮》一课的教学中，为了探究物体沉与浮的规律，教师有意识地对材料进行选择和加工，使学生能更直观有效地发现物体的沉浮规律。第一组提供体积一样，轻重不同的小球，要求学生按照轻重排列。接着，学生将这些小球分别放入水中，学生很自然得出：体积一样，重的容易沉，轻的容易浮；第二组提供轻重一样，体积不同的药瓶，学生将这些瓶子分别放入水中，通过观察得出：轻重一样，小的容易沉，大的容易浮。
　　随着材料有序地出示，新概念与学生的前概念发生矛盾冲突，促进学生思维的层层深入。因此，合理搭配并有序出示具有特定结构的材料，使其具有思维性，能有效突破教学难点，促进学生建构新知识。
　　
　　二、选择科学性的材料
　　兰本达教授认为材料就意味着科学概念。学生通过对结构性材料的操作和思考，可以促进他们发现问题，解决问题，获得对事物的正确认识并形成科学概念。因此材料要体现科学性。
　　在《空气中有什么》一课中做“竹签熄灭”的实验，教师先让学生预测“剩下的气体能支持燃烧吗？”可是实验结果出乎意料，有的小组观察到火柴没有熄灭，有的小组观察到火柴顿时熄灭了，有的小组观察到火柴燃烧了很久才熄灭。为什么会出现这样的情况呢？为了弄清楚，这位教师又将这个实验反复做了几次，分别用大小不同的饮料瓶来做实验。结果发现：用小饮料瓶时，火柴会立即熄灭，而用大饮料瓶时，火柴不会立即熄灭。因为大饮料瓶的空间大，空气多一些，当火柴把它周围的氧气燃烧掉时，其他地方的氧气，特别是离火柴比较远的瓶口的氧气还没来得及补充，火柴已经熄灭了。原来这个实验与饮料瓶的大小有关。可见，教师为学生选取的材料要有科学性，这是调控科学实验成败的关键之一。
　　图2
　　
　　三、选择启发性的材料
　　有结构的材料是对自然现象或运动变化规律暗自“呈现”的材料，这些材料的组合方式必须具有启发性，能启发学生自主探究，这在模拟性实验中尤其重要。教师提供启发性的材料，启发学生通过实验观察、发现科学规律。
　　在《热空气和冷空气》一课的教学中，为了解释“孔明灯工作原理”，教师为学生准备了两组材料，第一组材料：纸蛇和蜡烛，让学生通过观察纸蛇的转动，知道热空气的流动方向，即向上流动，接着启发学生思考“热空气为什么上升？”在学生充分交流猜测的基础上，提供第二组材料：平衡杠杆，杠杆两边各挂体积、重量相同的纸杯，加热其中一个纸杯中的空气，在观察平衡杠杆的变化过程中，明白同体积的热空气比冷空气轻。
　　又如在《能量的转换》一课中，当把电能转换成动能后，要用马达来证明动能可以转换成电能，学生用手转动马达的轴承，使马达转动起来，带动小灯泡变亮，方法正确，可是小灯泡不亮，在充分的反思交流中，感觉探究失败了，关键之时，教师提供一根棉线，绕在轴承上，使马达快速转动起来，小灯泡亮了。在看似山重水复疑无路之时，教师提供启发性的材料，使得柳暗花明又一村。这些探究活动中，教师遵循学生的认知水平，不断提供有结构的材料，有效地激发学生的探究热情。
　　
　　图3
　　
　　四、选择趣味性的材料
　　提供给符合学生年龄特征和认知水平的常见物体作为实验材料，更容易引起学生的好奇心与探究欲望。因为学生对材料具有一定的认识，在此基础上建构起材料所折射的科学概念更有意义。
　　如在吹气球的活动中，气球可以证明空气的存在，可以通过吹气与放气的活动，知道空气具有流动性，知道风是如何形成的，可以清楚地看到气体热胀时鼓起来的现象，可以很好地解释物体的弹性。可见，气球是研究许多科学现象的好材料。
　　又如，在《我们吃什么》一课中，教师提供面粉、馒头、肥肉，学生自带各种常吃的食物，通过各种检测来了解食物中的营养成分；在《怎样搭配食物》一课中，让学生自己选择各种菜，自制一份营养健康的午餐。学生在这些探究活动中兴趣盎然，究其原因是我们为孩子提供了特有的探究材料，利用好这些生活中丰富的资源，让学生自主探究，定会取得很好的教学效果。
　　
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　　五、选择典型性的材料
　　材料并不是越多越好，也不是越好玩越好，教师在选用材料时，要从学生角度出发，思考学生通过对材料的操作，是否有能力发现问题，解决问题，获取对事物的正确认识，从而建构科学概念。
　　在《观察水》这课教学中，教师提供了凉开水、牛奶、白醋、糖水四种典型的液体，让学生找出哪杯是白开水，由于选择的这些材料具有典型性，学生根据他们对水的已有经验，先看颜色，排除牛奶，然后闻气味，排除白醋，最后尝，排除糖水，能准确地根据水的一些特性找到凉开水。
　　在《我们吃什么》一课中，为了解释为什么馒头、面条、面包遇到碘酒会变成蓝色，教师提供典型性的材料“面粉”，因为这些食物都是由面粉制成的，在学生洗面粉的活动中，对淀粉有了深入地了解和认识。上述课例中的材料选择贴近学生生活，学生利用这些典型材料，依据自己的想法和意愿去实验，在操作中验证假设，在探究中建构知识，在实践中感受快乐，学生的科学素养得以提升(文中图均为学生科学实验)。
　　

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